钒电池储能系统的发展现状及其应用前景

电源技术

综述

钒电池储能系统的发展现状及其应用前景

崔艳华，孟凡明

（中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳，６２１９００）

摘要：全钒液流电池从１９８４年问世以来，经历了快速的发展并逐步走向商业化。由于其独有的优势，近年来在固定型储能系统上的应用得到了推广。概述了钒电池储能系统的发展历程及其研究现状，列举了澳大利亚新南威尔士大学（ＵＮＳＷ）、日本住友电３ｊ（ＳＥＩ）、钒电池动力公司（ＶＲＢＰｏｗｅｒ）建立的用于太阳能、风能储能及电站调峰、建筑物应急电源等不同场合的钒电池储能系统（ＶＥＳＳ）。简要介绍了我国的钒电池研究现状，分析了钒电池对钒资源的需求，指出钒电池储能系统的大规模推广将会大力促进我国对再生能源的利用，优化钒资源的综合利用。

关键词：钒电池储能系统（ＶＥＳＳ）；太阳能；风能；电站调峰；应急电源；钒资源

中图分类号：ＴＭ９１２．９文献标识码：Ａ文章编号：１００２．０８７Ｘ（２００５）１１－０７７６

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｖａｎａｄｉｕｍｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ

ＣＵＩＹａｎ－ｈｕａ，ＭＥＮＧＦａｎ‘ｍｉｎｇ

ｒｏｍａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，Ｐ．０．Ｂｏｘ９１９—５１６，ＭｉａｎｙａｎｇＳｉｃｈｕａｎ６２１９００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｌｒａｃｔ：Ｔｈｅｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ（ＶＲＢ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙａｎｄｗａｓｂｅｉｎｇｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｚｅｄｓｉｎｃｅｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆＶＲＢｗａｓｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｉｎ１９８４．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｓｔａｔｉｏｎａｒｙｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓｓｐｒｅａｄｗｉｄｅｌｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓ．ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＶＥＳＳ（ＶＲＢｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ）ｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．ＴｈｅＶＲＢｐｒｏｊｅｃｔｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＵＮＳＷ、ＳＥＩ、ＶＲＢＰｏｗｅｒａｐｐｌｉｅｄｏｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓｕｃｈａｓｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ，ｌｏａｄ－ｌｅｖｅｌｉｎｇａｎｄｔｈｅｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｏｗｅｒｗｅｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｚｅｄ．ＴｈｅｓｔａｔｕｓｏｆＶＲＢｉｎＣｈｉｎａｗａｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄｔｏｏ．Ａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅＶＥＳＳｈａｓａｇｒｅａｔｄｅｍａｎｄｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｗｉｄｅｓｐｒｅａｄｏｆＶＲＢｗｉｌｌｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａａｂｕｎｄａｎｔｖａｎａｄｉｕｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｐｏｗｅｒｓｔｏｒａｇｅ．

研ｗｏｒｄｓ：ｖａｎａｄｉｕｍｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ（ＶＥＳＳ）；ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ｗｉｎｄ，ｌｏａｄ－ｌｅｖｅｌｉｎｇ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｐｏｗｅｒ；ｖａｎａｄｉｕｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓ

钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（ＶａｎａｄｉｕｍＲｅｄｏｘＢａＲｅｒｙ，缩写为ＶＲＢ），在１９８５年由澳大利亚新南威尔士大学的ＭａｒｒｉａＫａｚａｃｏｓ提出【”。经过近２０年的研发，钒电池技术已趋成熟。在日本、南非等地用于电站调峰、太阳能储能、风能储能的钒电池系统已接近商业化。近年来全球对储能系统的需求快速增长，钒电池的优势及其成功范例展示了钒电池在储能市场的广阔前景。本文将介绍钒电池的发展过程及在储能领域的应用研究现状，并对钒电池和钒资源优化利用的关联做简要分析。

１工作原理及特性、

１．１钒电池的工作原理

采用不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质，通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应。之后，溶液又回到储液槽，液态的活性物质不断循环流动。其电池反应如下：

收稿日期：２００５—０３一１８

基金项目：中国工程物理研究院科学技术基金资助项目（２００３０３２５）

作者简介：崔艳华（１９７２一），女，重庆市人，副研究员，主要研究方向为化学电源。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣＵｌＹａｎ－ｈｕａ（１９７２－－），ｆｅｍａｌｅ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｒ．

正极：Ｖ０２＋＋２Ｈ＋＋ｅ＝ＶＯ”＋Ｈ２０

Ｖｏ＝０．９９９Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）（１）负极：Ｖ２＋一ｅ＝Ｖ”Ｖｏ＝一０．２５５Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）（２）（２】式中：ｖｏ为氧化还原电对相对于标准氢电极的标准电势。从上式可知钒电池正负极的标准电势差为１．２６Ｖ，这是对于正负极活性溶液浓度均为１ｍｏｌ／Ｌ而言，如果溶液浓度提升，电势差也会增大，更具实用价值。

１．２钒电池的优势及其应用

钒电池的活性物质以液态形式贮存在电堆外部的储液罐中，流动的活性物质使浓差极化可减至最小，且电池容量取决于外部活性溶液的多少，调整容易。并且储液罐可灵活放置在电池下层的地下室中，不必占用太多空间。由于不存在复杂的固相反应，因此电池寿命长，能耐受大电流充放。并且各个单体电池的均匀性好，维护相对容易。可通过更换溶液实现电池的“即时充电”，具备快速响应和超负荷工作能力；活性溶液可重复循环使用，不污染环境等众多优势。

钒电池作为储能电源主要应用在电厂（电站）调峰以平衡负荷，大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边缘地区储能系统，不间断电源或应急电源系统。该电池是目前最有可能部分取代铅酸储能电池的理想电源。目前常用的钒电池系统主要用于电网调节、太阳能、风能的蓄能等。

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２ＵＮＳＷ的钒电池研究

钒电池的工作最早开始于１９８４年，澳大利亚新南威尔士大学（ＵＮＳＷ）ＭａｒｒｉａＳｙａｌｌａｓ．Ｋａｚａｃｏｓ提出将Ｖ２＋／ｖ”电对和ｖ”／ｖｓ＋电对应用于氧化还原电池中，之后发现了５价钒离子可稳定存在于硫酸介质中，使这一体系的实用成为可能ｆ１］。１９８６年，全钒离子电池体系获得专利Ｉ”。之后，该大学对钒电池的相关材料，如隔膜、导电聚合物电极、石墨毡等进行了深入研究，主要研究内容如下所述。

１９８８年，全钒离子电池体系性能介绍见参考文献［４］。

１９８９年，钒盐溶解工艺获得专利【５］。对钒系化合物进行了基础研究，对钒的氧化还原电对进行了动力学研究［６，７］。

双极板材料和电极材料石墨毡的性能研究表明：碳聚丙烯复合电极，电阻率达０．２１Ｑ?ｃｍ，电流密度为２０ｍＡ／ｃｍ２，充放电时电压效率达９１％。用聚氯乙烯（ＰＶＣ）、尼龙６（ｎｙｌｏｎ６）、尼龙１１（ｎｙｌｏｎ１１）、低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）或高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）与导电填充物制备复合电极，将石墨毡与碳聚合物粘接制备电极，电池电压效率达８８％。石墨毡在４００℃热处理后性能大大改善，能量效率从７８％上升至８８％以上。过充后电极电阻有增加，原因是石墨毡表面氧含量有变化［８～“。

１９９１年，１ｋｗ钒电池组研制成功，能量效率达９０％以上，泵损耗２％～３％；３０～１２０Ａ放电时，放电容量达到理论容量的８５％：ＶＯＳＯ。浓度为１．５～２ｍｏｌ／Ｌ，电池组循环周期达１００次…’”１。

溶液化学的相关研究，对ｖ＊／ｖｓ＋电对的电化学行为以及钒溶液的热稳定性进行了深入研究［１３～１５］。

研究复合隔膜的制备方法并进行评价，对陶瓷、改性陶瓷以及ＳｅｌｅｍｉｏｎＣＭＶ、Ｎａｔｉｏｎ１１２和Ｓｅｌｅｍｉｏｎ（ｔｙｐｅ２）、Ｓｅ—ｌｅｍｉｏｎＡＭＶ等离子交换膜的性能及改性进行了研究。同时对电池中水的迁移进行了研究，表明水透过离子交换膜的迁移和钒溶液的充电态有关［１６～１８】。

１９９８年，ＵＮＳＷ与Ｐｉｎｎａｃｌｅ矿业公司合作，并将专利权转授予该公司。表１为ＵＮＳＷ主持的钒电池项目。

之后，ＵＮＳＷ仍然继续钒电池的基础研究并申请了胶体

表１ＵＮＳＷ主持的钒电池项目

Ｔａｂ．１ＶＥＢｐｒｏｊｅｃｔｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＵＮＳＷ

合作方配置用途建立日期泰国石膏制品公司（ＴｈａｉＧｙｐｓｕｍＰｒｏｄｕｃｔＣｏ．，ｌａｄ）４ｋＷ，３００套太阳能储能１９９３焦澳大利亚国防部（ＡｕｓｔｒａｌｉａｎＤｅｆｅｎｃｅＤｅｐｔ）４ｋＷ潜艇备用电源１９９４焦太平洋电力公司（ＰａｃｉｆｉｃＰｏｗｅｒ）４ｋＷ×１ｈ驱动高尔夫球车１９９５钲

电解液等专利，致力于提高电解液浓度和钒电池比能量。通过化学再生、添加稳定剂、改变支持电解质等方法可以得到３ｍｏｌ／Ｌ甚至浓度达４ｍｏｌ／Ｌ的不流动胶体电解液用于钒电池中，并为后续的商用钒电池系统提供技术指导。

ＵＮＳＷ的突出贡献在于发现了通过氧化钒（Ⅳ）溶液可以使高浓度的钒（Ｖ）溶液稳定存在于硫酸介质中，从而使全钒液流电池具有实用价值。同时他们所发明的从钒氧化物中制备钒电池溶液的方法成本低，工艺性好，也是钒电池能够得到推广的重要原因。

３专利情况

１９９３年，泰国石膏制品公司（ＴｈａｉＧｙｐｓｕｍＰｒｏｄｕｃｔＣｏ．，Ｌｔｄ）第一个从ＵＮＳＷ获得专利许可，将钒电池技术应用于太阳能屋。同时，三菱化工（ＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉＣｈｅｍｉｃａｌｓ）和鹿岛电厂（Ｋａｓｈｉｍａ．ｋｉｔａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）也得到许可在鹿岛电厂建成２００ｋＷｘ４ｈ电站调峰用钒电池。１９９８年，ＵＮＳＷ将专利权转授予澳大利亚尖峰矿业公司（ＰｉｎｎａｃｌｅＶＲＢＬｔｄ．）。该公司于１９９９年将在日本和非洲大陆的专利许可分别授予了日本住友公司（ＳＥＩ）和加拿大的万泰克公司『Ｖａｎｔｅｃｋ（ｖｍ３）ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐ．１。２００１年１０月，Ｖａｎｔｅｃｋ公司通过收购Ｐｉｎｎａｃｌｅ公司５９％的股份控股Ｐｉｎｎａｃｌｅ，从而拥有了钒电池技术的核心专利权。２００２年，Ｖａｎｔｅｃｋ公司改名为钒电池储能系统技术开发公司（ＶＲＢＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ），从事钒电池技术的开发和转让。专利权的转让使钒电池技术得以在世界范围内更广泛地发展。４钒电池在日本的发展现状

从１９８５年起，日本住友电Ｉ（ＳＥＩ）与日本ＫａｎｓａｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ合作开发钒电池。由于日本是一个电力短缺的国家，并且他们有多年的集团化开发大型化学液流电池储能系统的经验，因此，他们着重研发固定型钒电池储能系统用于电站调峰、风能储能及太阳能储能。

１９８９年，住友电］Ｚ（ＳＥＩ）的电站调峰用６０ｋｗ级钒电池建成。运行５年，循环周期达１８１９次。

１９９１年，研究钒电池溶液与碳电极之间的反应，电极材料有ＧＲＣ（ｇｒａｐｈｉｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｃａｒｂｏｎ）和两种碳纤维（ＧＦ．２０ａｎｄＢＷ．３０９），研究证明ＢＷ．３０９最佳，并有多份关于钒电池结构和溶液制备的专利问世［１９】。

１９９３年，三菱化工（ＭｉｔｓｕｂｉｓｈｉＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｒｐ）从ＵＮＳＷ获得许可，１９９４年，开发光伏系统用钒电池储能系统。５０ｋＷ×５０ｈ的（单个电堆为２ｋＷ、１０ｋＷｈ）钒电池系统建成，电流密度为１００ｍＡ／ｃｒｎ２时可以１．２ｋＷ／ｃｎａ２的功率密度输出［２０ｌ。

１９９７年，横滨大学开展钒电池隔膜商业化的研究。离子交换膜采用交联技术得到好的性能。钒电池电流效率达９３．５‰电压效率达８７．７％，总效率达８２％１２”。

１９９７年，ＳＥＩ建成电站调峰用４５０ｋＷ级钒电池，循环周期达１７０次（１９９５年至今）。

１９９７年９月，２００ｋＷｘ４ｈ电站调峰用钒电池在鹿岛电厂建成，达６５０次循环，证明钒电池可以商业化１２２］。

电源技术

综述

１９９９年，Ｐｉｎｎａｃｌｅ与ＳＥＩ达成共同开发钒电池技术的协

议，Ｐｉｎｎａｃｌｅ授权日本三菱（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）和ＳＥＩ应用钒电池技

术，而对方则为Ｐｉｎｎａｃｌｅ在日本之外的区域提供钒电池部件。

ＳＥＩ在日本ＫａｎｓａｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ建成４５０ｋＷ，１ＭＷｈ

的电站调峰钒电池系统，并且相继建成了一些风能储能和其

它固定型钒电池系统。

２００１年，研究钒电池在能量储存系统的试验。２５０ｋＷ、

５２０ｋＷｈ钒电池在日本第一次投入商业运营。

２００１年３月，在北海道电厂（ＨｏｋｋａｉｄｏＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏ．，雹琵捌ｅ黜一。＃∥§‰一‰

Ｌｔｄ．）建成风力储能钒电池系统。

目前，ＳＥＩ的２５ｋＷ实验室钒电池电堆已达１６０００次循

环，历经８年还能使用。除了电池隔膜的寿命有限，其它组件，

包括电解液，都是可以循环使用的，这一特性较其它寿命有限

的化学电源来说，有很大的成本优势。表２为ＳＥＩ自２００１年

起建设的商用钒电池系统。

从表２可见，ＳＥＩ已经具备完整的生产和组建钒电池系

统的全套技术，其组建的钒电池系统已投入商业运营，其技术

成熟度居世界首位。

表２ＳＥＩ自２００１年起建设的商用钒电池系统

Ｔａｂ２ＶＲＢｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓｓｕｐｐｌｉｅｄｂｙＳＥＩｓｉｎｃｅ２００１

用户配置用途建立日期应用能源学院（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｐｐｌｉｅｄＥｎｅｒｇｙ）ＡＣ１７０ｋＷ×６ｈ稳定风力涡轮机的输出２００ｌ－０３ＯｂａｙａｓｈｉＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ

ＡＣｌ．５ＭＷ×１ｈ调峰２００１－０４ＯｂａｙａｓｈｉＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＤＣ３０ｋＷ×８ｈ光伏系统２００１．０４

ＫｗａｎｓｅｉＧａｋｕｉｎ大学ＡＣ５００ｋＷ×１０ｈ调峰２００ｌ一１１

意大利ＣＥＳＩ公司ＣｅｎｔｒｏＥｌｅｔｔｒｏｔｅｃｎｉｃｏＳｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅＩｔａｌｉａｎｏＡＣ４２ｋＷ×２ｈ调峰２００１．１１住友公司办公大楼ｌＯＯｋＷ×８ｈ平衡负载２０００＿０２半导体工厂３０００ｋＷ×１．５ｓ１５００ｋＷ×ｌｈＵＰＳ平衡负载２００１－０４

风能发电站１７０ｋＷＸ６ｈ稳定风力涡轮机的输出２００１ｍ４ＯｂａｙａｓｈｉＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ的高尔夫俱乐部３０ｋＷ×８ｈ平衡负载（光伏系统）２００１＿０４

５ＶＲＢＰｏｗｅｒ（又名Ｖａｎｔｅｃｋ）

５．１ＶＲＢＰｏｗｅｒ开发的钒电池系统

ＶＲＢ技术从２０世纪８０年代中期一直局限于在Ｅｌ本发展，２０世纪９０年代后，电解液生产和电池堆体的制造技术慢慢开始传出Ｅｌ本，从而使商业化开发具备了可行性。１９９８年，Ｐｉｎｎａｃｌｅ从ＵＮＳＷ购得钒电池专利权及技术。１９９９年，与ＳＥＩ达成共同开发钒电池技术的协议，并在Ｅｌ本ＫａｎｓａｉＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＰｌａｎｔ建成４５０ｋＷ，１

ＭＷｈ的电站调峰钒电池系统，并且相继合作建成了一些风能储能和其它固定型钒电池系统。２００１年１０月，加拿大的Ｖａｎｔｅｃｋ公司控股Ｐｉｎｎａｃｌｅ公司，拥有了钒电池技术的核心专利权。之后在南非开发了２５０ｋＷ的ＶＲＢ系统，取得了第一个商业突破。２００２年，Ｖａｎｔｅｃｋ公司改名为ＶＲＢＰｏｗｅｒ。由于ＶＲＢＰｏｗｅｒ具有专利权，因此它可以此为交换条件，得到ＳＥＩ的钒电池部件（如电堆），在日本之外组建钒电池系统。

２００１年，ＶａｎｔｅｃｋＶＲＢ为美国太平洋电力（ＰａｃｉｆｉＣｏｒｐ）建成２５０ｋＷ、２

ＭＷｈＶＲＢ系统，用于电站调峰，并给尤他州东南部的边远地区供电，这是它在北美建立的第一个钒电池储能系统（ＶＥＳＳ）（其电池堆由ＳＥＩ提供）。

ＶＲＢＰｏｗｅｒ建立的商用钒电池系统如表３。

表３ＶＲＢＰｏｗｅｒ（２名ＶａｎｔｅｃｋＶＲＢ）建设的钒电池系统

Ｔａｂ．３ＶＲＢｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍｓｓｕｐｐｌｉｅｄｂｙＶＲＢＰｏｗｅｒ用户配置用途建立日期南非Ｅｓｋｏｍ电力公司２５０ｋＷ×２ｈＳｔｅｌｌｅｎｂｏｓｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ的演示系统（电站调峰）２００１．０３美国Ｐａｃｉｆｉｃｏｒｐ电力公司２５０ｋＷ×８ｈ电站储能系统２００４，０３ＨｙｄｒｏＴａｓｍａｎｉａ２０１【Ｗ×４ｈ风能、柴油发电机、钒电池的混合供电系统２００３—１１

５．２ＶＲＢＰｏｗｅｒ的运作模式

继南非的钒电池项目成功建设和运行之后，ＶＲＢＰｏｗｅｒ集中了相关的钒资源开发集团和电力公司协作开发钒电池系统。Ｅｓｋｏｍ作为南非国家电力公司，世界第五大电力供应商，由于对电网运行稳定性和可靠性有迫切需求，因此作为投资方和研发方，参加钒电池调峰系统的开发，并提供２５０ｋＷ的分网连接。

海沃德矿业公司（Ｈｉｇｈｖｅｌｄ）是Ｅｓｋｏｍ的最大用户，并拥有南非的钒资源开采和经营权，建立了钒电解液的试验工厂，在电池生产商的要求下为钒电池系统生产电解液，并具有规模生产能力。

ＶＲＢＰｏｗｅｒ拥有制造和出售钒电池相关部件的经营权，作为组织实施者，进行了核心部件的试验以削减成本。这三家公司合作建设了ＳｔｅｌｌｅｎｂｏｓｃｈＶＥＳＳ工程作为Ｅｓｋｏｍ的电网调节系统，并取得了成功。

６钒电池在国内的发展现状及前景６．１研究现状

中国工程物理研究院电子工程研究所从１９９５年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了５００Ｗ、１０００Ｗ的钒电池样机，成功开发了４价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、电池组装配和调试等技术。目前，已经具备组装１０ｋＷ级的钒电池系统的技术能力。用于组建钒电池系统的１ｋＷ单元电堆，可以１２０ｍＡ／ｃｍ：的电流密度输出，库仑效率可达８０％。２００２年，国内钒钢龙头企业攀枝花钢铁公司以深化资源利用为目的，与中南大学合作介入了钒电池的研发。攀钢生产的ＶＯＳＯ。和Ｖ：０，粉末可直接用于钒电池４价钒离子

电源技术

综逋

溶液的配制，其拥有的资源优势和技术优势对于推动钒电池在国内的商业化具有重要意义。

目前国内也有其它的研究机构开展了钒电池的研究，如东北大学、北京大学、重庆大学、大连化物所等。

６．２对钒资源产业的推动

钒在地壳中分布较广，大多分布于岩石和其他矿物中。俄罗斯、南非、澳大利亚和中国是世界钒资源储量较丰富的国家。中国在攀枝花地区已探明的钒铁磁矿储量约１００亿ｔ，钒储量占中国的６２％，世界的１０％，中国是世界三大产钒国之一，而攀钢又是世界三大钒生产商之一。攀枝花新钢钒公司以钒为代表的产品系列有钒渣、ｖ２０，、Ｖ２０，、高钒铁、氮化钒等。世界主要的钒消费国是美国、俄罗斯、德国和日本。

日本电池用钒的年需求为５０００ｔ，约占世界的１０％，是世界最大电池耗钒国。而日本钒资源缺乏，只能靠进口维持。中国虽然拥有丰富的钒储量，但在钒的应用方面和发达国家相距甚远，虽然目前这种状况有所改善，但很大部分的中国钒制品需要出口，钒资源产业对国际市场依赖性很大，因此新兴的钒电池给钒资源带来了巨大的市场潜力。

以ＳＥＩ的钒电池单元为例，评估钒电池系统对钒产品的需求量，电池单元参数见表４。

表４２０ｋＷ和５０Ｉ（Ｗ的钒电池单元的设计参数

Ｔａｂ．４Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｅｓｏｆ２０ｋＷａｎｄ５０Ｉ洲ＶＲＢｓｔａｃｋ参数２０ｋＷ单元５０ｋＷ单元

直流输出／ｋＷ２０５０

容量／ｋＷｈ１６０１７５

单体数目６０（串联）９０（串联）

储液罐体积４ｍ３Ｘ２５ｍ３Ｘ２根据能量换算，每千克Ｖ：０，含０．３５ｋＷｈ的理论能量（以单体平台电压１．２Ｖ计算），这样可以计算钒电池的理论耗钒量为５．７ｋｇＶ２０，／ｋＷｈ（包含正负两极的用量，不计转换效率）。从表４也可以推算钒溶液用量为２００Ｌ／ｋＷｈ（溶液浓度为２ｍｏＦＬｌ，因此５０ｋＷｘ１ｈ的钒电池单元理论耗钒量为２８５ｋｇ，与理论用量相符合。常用的储能系统，如美国Ｐａｃｉｆｉ—ｃｏｒｐ电力公司的２５０ｋＷ×８ｈ钒电池储能系统，其耗钒量可达１１．５ｔ。而储能市场仅以风能论，对储能电池的需求都达到了数ＭＷ。可见钒电池在储能市场的推广将会大大提高钒用量，据估计，钒电池的大规模商用，将会使钒的用量增加２～３倍，这对促进我国钒资源的深加工和优化利用有重要意义。７结束语

钒电池经历了２０年的发展，在国外已趋商业化，多套大型钒电池储能系统应用于电网负荷平衡、风力混合发电、太阳能储能、大功率应急电源等场合。尽管钒电池在我国尚处于实验室样机阶段，但是中国地大物博，电站、太阳能、风能对大型化学电源储能系统的需求都蕴涵着巨大的商机。目前，我国太阳能、风能发电装置及应急电源都主要采用铅酸电池，铅酸电池的回收在我国还没有形成规模，大量的废旧电池对环境造成的污染已经引起了政府的关注。因此，发展新型的无污染可回收的钒电池用于以上场合，将是很好的选择。同时，我国电站目前还没有使用化学储能系统，大量的电力资源白白地浪

费。如果利用钒电池建成电站贮能系统，不仅可以节约能源，减少国家建设电站的巨额投资，同时为保护环境，提高电站效益发挥重要作用。我国丰富的钒资源更为钒电池的发展奠定了有利条件。参考ＶＲＢＰｏｗｅｒ的发展模式，钒生产商、电池制造商、电力公司的联合是一种行之有效的运作模式，达到了资源的优化组合，使多方利益得以提高。因此，钒电池在我国有很大的发展空间，尤其在储能能源市场大有可为。同时钒电池的推广也可充分利用我国的钒矿资源，带动钒产业和电池材料生产企业的发展，创造良好的经济效益。

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ｆｏｒｒｅｄｏｘｆｌｏｗｃｅｌｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９８５，１５：１７争一１９０．

【７】ＳＵＭＥ，ＲＹＣＨＣＩＫＭ，ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ．ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆＶ（ｖ）／Ｖ（Ｉ、，）ｓｙｓｔｅｍｆｏｒｕｓｅｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｈａｌｆ－ｃｅｌｌｏｆａｒｅｄｏｘｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９８５，１６：８５—９５．

【８】ＳＵＮＢ＇Ｔ，ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｆｉｂｒｅｉｎａｃｉｄｉｃｖａｎａｄｉｕｍｓｏｌｕ—ｔｉｏｎｓ［Ｊ】．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＡｃｔａ．１９９１．３６：５１３—５１７．

［９］

ＳＵＮＢ

Ｔ，ＳＫＹＬＬＡＳ?ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｅｌｅｃ—ｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｃｅｌｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ－ｔｈｅｒｍａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔ．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ［Ｊ］．１９９２．３７：１２５３—１２６９．

【１０］

ＳＵＮＢ

Ｔ，ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒ

ｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ

ａｐｐｌｉ—ｃａｔｉｏｎ—ｐａｒｔＩＩ：Ａｃｉｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，１９９２，３７：２４５９－一２４６５．

【１１］ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ，ＲＹＣＨＣＩＫＭ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒａｌｌ—ｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｃｅｌｌ［Ｊ］．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９８７，

１９：４５—５４．

［１２】ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ，ＫＡＳＨＥＲＭＡＮＤ，ＨＯＮＧＲ，ｅｔａ１．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌｋＷｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９９１，３５：３９９－－４０４．

［１３］ＺＨＯＮＧＳ，ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒ

ｏｆＶ（ｖ）／ｖ（ｉｖ）ｒｅｄｏｘｃｏｕｐｌｅａｔｇｒａｐｈｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［Ｊ】．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９９２，３９：ｌ一９．

【１４】ＫＡＺＡＣＯＳＭ，ＣＨＥＮＧＭ，ＳＫＹＬＬＡＳ．ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｃｅｌｌ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌＥｌｅｃｔｒｏｅｈｅｍ，１９９０，２０：４６３－－４６７．

【１５】ＳＫＹＬＬＡＳ－ＫＡＺＡＣＯＳＭ，ＭＥＮＩＣＴＡＳＣ，ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｔｈｅｒｍａｌｓｔａｂｉｌｉ哆ｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄＶ（ｖ）ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓｉｎｔｈｅｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘ

ｃｅｌｌ［Ｊ］．ＪＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍＳｏｃ，１９９６，１４３（４）：Ｌ８６一Ｌ８８．

电源技术

综遮

ｆ１６１ＣＨＩＥＮＧＳＣ，ＫＡＺＡＣＯＳＭ，ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｐｒｅｐａｒａ—ｔｉｏｎａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１９９２，３９：ｌ

１－－１９．

ｆ１７１ＭＯＨＡＭＭＡＤＩＴ，ＳＫＹＩ上ＡＳ—ＫＡＺＡＣＯＳＭ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｏｖｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｍｂｒａｎｅｆｏｒｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ

ＭｅｍｂＳｃｉ，１９９５，（９８）：７７—８７．

ｆ１８１

ＭＯＨＡＮ蹦ＡＤＩＴ，ＳＫＹＬＬＡＳ—ＫＡＺＡＣｏＳＭ．Ｗａｔｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｓｔｕｄｙａｃｒｏｓｓｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｓｉｎｔｈｅｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｃｅｌｌ［Ｊ１．ＪＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ．１９９７，１３３：１５ｌｍｌ５９．

『１９１ＫＡＮＥＫｏＨＫ，ＳＨＩＧＥＭＡＴＳＵＴ．Ｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｒｅａｃｔｉｏｎｓａｎｄｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｆｏｒｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉ—

ｍｉｃａＡｃｔａ，１９９１，３６（７）：ｌ

１９１－－１１９６．

『２０１ＳＨＩＢＡＴＡＡ，ＳＡＴＯＫＮ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ａ］．ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄｏｆｔｈｅＩＥＥＥＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ１．１９９４．９５０＿一９５３．【２１］ＨＷＡＮＧ０Ｈ．Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇｏｆａｎｉｏｎｅｘｃｈａｎｇｅｍｅｍｂｒａｎｅｂｙａｃｃｅ—ｌｅｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｒａｄｉａｔｉｏｎａｓａｓｅｐａｒａｔｏｒｆｏｒｔｈｅａｌｌｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔｔｅｒｙ［Ｊ］．ＪｏｆＭｅｍｂｒａｎｅＳｃｉｅｎｃｅ，１９９７，１３２（１）：５５—＿６１．

『２２１ＳＨＩＢＡＴＡＡ，ＳＡＴ０Ｋ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｖａｎａｄｉｕｍｒｅｄｏｘｆｌｏｗｂａｔ—ｔｅｒｙｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＪｏｆＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９９９，１３（３）：ｌ３０．一】３５．

《电源技术》征稿简贝吐

《电源技术》是我国唯一的化学与物理电源（即电化学电池与太阳电池等）综合技术期刊，经原国家科委批准，国内外公开发行。主要读者对象为从事化学与物理电源科研生产的科技工作者、科技管理工作者及电池用户，长期面向全国电池研究与工作人员征稿。为了方便作者投稿，兹将本刊文稿的一些主要投稿要求介绍如下：１论文、综述、专家述评以６０００字为限，附有中、英文对应的文题、作者单位、署名、作者简介、摘要、关键词。

２文章标题最长不超过１８字。若有困难，可采用主标题加副标题的方法解决。标题应中英文对应。英文标题不超过１０个实词。

３研究论文应提供报道性文摘，３００字左右，以第三人称叙述，主要表达文章中有创新意义的内容，含有目的、方法、结果、结论等要素。综述采用指示性文摘，指明文章的主题范围，２００字左右。摘要采用第三人称写法，采用规范化名词术语，主要表达文章中有创新意义的内容，不含对文章的评论和解释。文摘应中英文对应。英文文摘不超过１５０个词。

４关键词以３－－８个为宜，能够表达文章主题。

５署名不超过５个，协作者可在文后致谢，不应列入作者署名。须提供第一作者简介，注意顺序和标点：姓名（出生年），性别（民族），籍贯，职称或职务，学位，主要研究方向。中英文对应。

６论文中层次标题序号以不超过３级为宜：

第１级：ｌ；２；３；……

第２级：１．１；１．２；１．３；…??ｊ

第３级：１．１．１；１．１．２；１．１．３；……

７请将文中的插图与表格用计算机绘制。若结构示意图文字太多，可用数字代号，其含意在图下列出；坐标图中曲线为粗实线，坐标轴为细实线；请注明绘图所用软件。表格采用格线表，表头处无斜线。插图的图题和表格的表题均须中英文对应，图表内文字须为中文。

８论文属于获省部级以上基金资助项目，在加注脚处标明后，须在圆括号内注明其项目标号。

９参考文献中的作者署名，不多于３人全部著录；多于３人，著录３人后加“等”、“ｅｆａＪ”，如：张，王，李，等；或Ｔ，Ｄ，Ｐ，ｅｔａｌ。无论中外署名，一律姓先名后，姓不缩写、名缩写。参考文献采用顺序编码制，并在文章中以相应的上角标标明，著录方法如下：

［１］书一…著者．书名［Ｍ】．版本．出版地：出版者，出版年．起止页码．

［２】期于ｑ一一文章作者。题（篇）名［Ｊ］．刊名，出版年，卷号（期号）：起止页码．

［３］论文集～一文章作者．题（篇）名［Ａ】．论文集名［ｃ］．出版地：出版者，出版年．起止页码．

【４］科学技术报告一－著者．题（篇）名［Ｒ］．出版地：出版者，出版年．起止页码．

［５】学位论文…．著者．题（篇）名［Ｄ］．出版地：出版者，出版年．起止页码．

［６】专利…．专利所有者．专利题名［Ｐ】．国别：专利号，日期．

［７】国际或国家标准…一标准编号，标准名称［Ｓ】．

【８］电子文献…．作者．题（篇）名．电子文献出处或可获得地址，发表或更新日期／引用日期（任选一个）．

１０所有来稿均请用电子邮件（请务必写明主题，以免被误删）发至本刊信箱，没有条件发电子邮件的作者，也务必请通过寄送软盘的方式投稿。投稿后一个星期内即可向本刊索取稿件编号，以备查询。

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